I ricercatori della Penn State stanno sviluppando un nuovo tipo di imaging che non richiede un obiettivo e utilizza maschere riconfigurabili basate su particelle per scattare più riprese di un oggetto. Si prevede che la tecnologia della maschera autoassemblante diretta dal campo elettrico avrà usi nella diagnosi delle malattie a basso costo e più veloce, il miglioramento della microscopia ottica, e potrebbe persino portare a una tecnologia cellulare più sottile.

Come funziona

I ricercatori creano una maschera di microscopici fili d'oro e la posizionano vicino all'oggetto che verrà ripreso. La maschera disperde la luce riflessa dall'oggetto e un sensore di immagine raccoglie la luce. Una corrente elettrica riorganizza le particelle nella maschera, producendo una nuova maschera ad ogni iterazione, e il sistema registra ogni nuova immagine. Le molteplici acquisizioni di luce vengono quindi ricostruite computazionalmente nell'immagine dell'oggetto originale, con conseguente miglioramento della risoluzione e della qualità.

"Non siamo l'unico gruppo a fare immagini senza lenti, "ha spiegato Jennifer Miller, un dottorando in chimica e un primo autore su un articolo recentemente pubblicato online in ACS Nano . "Ciò che è diverso nel nostro lavoro è che in genere è necessario creare più maschere e spostarle fisicamente per ottenere più immagini. Questo diventa ingombrante e costoso e nega parte della semplicità che è il vantaggio dell'imaging senza lenti".

Nella microscopia tipica, esiste un trade-off tra il campo visivo e il potere della risoluzione, quindi un campo 10x è più ampio di un campo 100x. Utilizzando una tecnologia di imaging senza lenti, è possibile combinare un ampio campo visivo con un elevato ingrandimento per immagini a basso costo e una diagnosi più rapida della malattia. Ciò potrebbe essere particolarmente utile nei paesi in via di sviluppo in cui non sono disponibili microscopi di fascia alta.

"Le maschere tradizionali sono passive, " ha detto il co-primo autore Cheng-Yu Wang, dottorando in ingegneria elettrica. "Possiamo aggiungere funzionalizzazione al nostro microwire, come la polarizzazione, selettività ed effetti plasmonici, che rendono il nostro sistema di imaging più potente."

Nel caso dei cellulari, uno dei principali fattori che contribuiscono alla loro mole è dovuto al fatto che l'obiettivo della fotocamera deve essere a una certa distanza dal rilevatore. Una fotocamera senza obiettivo potrebbe aiutare a ridurre al minimo lo spazio richiesto. Allo stesso modo, un sistema senza lenti aggiunto a un cellulare potrebbe trasformare il cellulare in un microscopio a bassa potenza.

Insieme a Miller e Yang, autori senior sul ACS Nano carta, "Maschere di dispersione riconfigurabili basate su particelle per l'imaging senza lenti, " sono Christine Keating, illustre professore di chimica, e Zhiwen Liu, professore di ingegneria elettrica.